浅谈钣金件弯曲质量控制发布时间:2022-01-05 10:55:57  浏览次数:3621
本文首先分析了钣金件弯曲中回弹和裂纹问题的质量控制,其次针对实际加工中常用的不锈钢和铝板两种材料弯曲时的质量控制进行了阐述。
弯曲是指把板材、棒材、管材或型材加工成具有一定角度和形状的零件的成形方法,是钣金冲压加工中的常见工序。一般说来,弯曲工序需要保证钣金件弯曲部位的圆角半径、零件的结构、形状、尺寸等几大方面。实际加工中,钣金件弯曲的质量问题最常见的为回弹,其次是裂纹,其他还包括翘曲、扭曲、尺寸偏移、孔偏移等问题,本文主要针对加工产生最多的回弹和裂纹问题进行分析,并给出质量控制措施。
钣金零件弯曲质量控制分析
钣金件弯曲回弹质量控制
弯曲成形过程中,毛坯在外载荷的作用下会产生塑性和弹性两种形式的变形。一旦外部载荷撤除,产生的弹性变形会即刻消失,而塑性变形还能继续保持。零件由于弹性变形的存在,形位尺寸会产生与加载方向相反的变形,这个变形就是回弹。回弹量的大小影响因素较为复杂,要确保回弹过程中的质量控制,就要分析其影响因素。
⑴影响回弹的因素及控制对策
1)材料选择
材料选择取决于材料的力学性能,也就是说,材料的屈服极限越高,弹性模量越小,则弯曲后回弹越大,加工硬化现象越严重,回弹量也越大。因此为防止材料对回弹的影响,工艺设计人员应尽量选择屈服点小、弹性模量大、硬化指数小的材料。
2)钣金件的结构
钣金件弯曲时,相对弯曲半径r/t,当此数值较小时,零件内、外表面切向变形的总应变值较大,产生的弹性应变就相应减小,回弹量较小,反之则大。因此钣金件弯曲时,相对半径必须超出比例系数,但应尽量选择较小的系数值。此外,在确保钣金件使用的前提下,可以在弯曲区域压制加强筋,从而增加零件界面惯性力矩,从而抑制回弹的产生。
3)零件工艺性原因
钣金件弯曲时,弯曲角度越大,变形区长度越大,回弹角也越大;此外,实际生产中,施加的弯曲力越大,变形越大,则回弹量越小;最后,采用无底凹模进行自由弯曲时,回弹量较大,反之采用校正弯曲时,模具采用V形件进行校正,则回弹量较小。
针对以上因素,工艺可以利用回弹角的规律,在模具设计时计算好补偿,在调试修模后,使弯曲件回弹得到补偿。此外,模具在结构设计时可以采用以下措施:其一,针对弯曲模凸模的根脚部位,可以设计成凸起的结构,这个部位可以让弯曲结束后,凸模的作用力更好地集中在弯曲部位,受到挤压的零件内部会产生切向的变形,缓解回弹的问题;其二,针对弯曲模的凹模部分,可使用柔软的橡胶材料或聚氨酯材料代替原有材料,其后调节凸模的压入深度来保证回弹。
4)其他因素
弯曲件的回弹还受到零件形状、板材厚度偏差、板材性能波动、模具间隙和模具圆角半径等多种因素的影响。
弯曲裂纹问题及对策
钣金件弯曲过程中,如果板材厚度较厚、弯曲半径较小,且板材中毛刺较大的一面位于弯曲面的外侧,如果板材本身的塑性不高,下料过程中毛坯会产生过多的冷作硬化层,这些都会导致零件弯曲部位产生裂纹。针对此问题,弯曲过程中可以在模具方面进行改进,适当地增加凸模的圆角半径值。如果对弯曲尺寸没有影响,弯曲内侧应尽量使用毛刺的一面,对材料进行热处理增加塑性。此外,对于材料的纤维方向应做好标注,折弯的方向应与纤维方向呈直角。
两种常见材料钣金件弯曲质量控制措施
不锈钢板弯曲质量控制
不锈钢材料是一种屈服点和硬度都较高的材料,很容易产生冷作硬化的效果,因此弯曲时有如下特征:第一,由于不锈钢属于高碳钢,其导热性能和延展率都比较低,因此弯曲变形的过程需要更大的外力,且回弹也更大;第二,较低的延展率让不锈钢材料零件的弯曲半径R必须大于普通的碳钢材料,否则弯曲处很容易产生裂纹;第三,由于不锈钢材料本身容易产生冷作硬化,因此折弯时应使用硬度较高的刀具,刀具材料一般选择工具钢、使用前进行淬火热处理,保证刀具硬度在60HRC以上,且表面粗糙度要保证在Ra3.2μm以内。
因此,不锈钢板材弯曲质量控制要点如下:其一,单位尺寸下,不锈钢板材厚度尺寸越大,弯曲角也应尽量增加,所需的折弯力也越大,单边的折弯余量也要增加,如此才能防止弯曲中产生裂纹等质量问题;其二,根据图纸给出的材料厚度及弯曲半径、弯曲角度,精确计算不锈钢板材的展开尺寸,特别要注意材料的厚度公差范围,保证折弯后的产品能够满足最终的弯曲精度要求,提高折弯的一次成形率;其三,由于不锈钢材料的屈服强度大,回弹也较大。不锈钢的回弹问题确实是生产中的难题,跟很多原因有关。针对这个现象,弯曲过程中若要保证角度到位,折弯时使用的刀具角度就应小于实际弯曲角度。其次是材料的硬度,硬度越大,回弹越大。此外还和弯曲半径与材料厚度比值有关,比值越大,回弹越大。不同牌号的不锈钢的回弹也有差异,其中301比304回弹大,相同前提下,304回弹比301小2度。最后,还有成形方式的差异也会导致回弹的不同,一步成形的回弹比多次成形的回弹要大。回弹值可在试模后修正,注意每次回弹有角度回弹和半径回弹,实际生产中要保证弯曲质量,应具体情况具体分析。
铝板弯曲质量控制
铝板弯曲后的回弹问题不再赘述,但如果弯曲过程中开裂问题比较明显,或者弯曲后通过阳极氧化的表面处理就爆裂,首先与铝板的硬度有关,如果铝板硬度太高,就很容易开裂,比如我们公司常用到的T状态铝板。那么就要预先热处理到O状态,热处理的方式有退火和淬火,其区别在于淬火后的零件需要在四小时内完成弯曲,否则空气中的时效会使得材料恢复成硬状态;而退火后的材料一直为软状态。此外,在加工工艺上,淬火的难度大于退火。其次,是铝板的厚度影响,材料厚度越厚,弯曲的加工难度越大,应尽量运用薄一点的铝板。此外,弯曲R的大小也受到其影响,R角越大,加工难度越小。因此,在符合装配要求的前提下,可适当加大R数值。最后,铝板的纹理方向,也就是我们平时所说的纤维方向,弯曲方向要与纤维方向一致,不能平行。需要拉丝的铝零件,在工序允许的前提下,最好是弯曲后再拉形,否则会添加弯曲开裂的概率。
结束语
总而言之,在钣金件弯曲的质量控制方面,还有很多需要注意的地方,实际加工中,应根据实际情况,参照标准,合理分析,从而做出质量合格的零件。
——摘自《钣金与制作》 2021年第12期



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